Определение влияния ползучести и усадки на… | MasterSeries

Определение влияния ползучести и усадки на долговременный прогиб бетонных конструкций

Со временем бетонные конструкции могут подвергаться износу, что может привести к растрескиванию, напряжениям и прогибам, которые повлияют на поведение железобетонных конструкций в процессе эксплуатации. Это зависящее от времени явление в бетоне называется ползучестью и усадкой. Но как мы можем учесть это в нашем дизайне?

Обычный метод заключается в том, чтобы учитывать предполагаемые эффекты растрескивания, ползучести и усадки в расчетах долгосрочного прогиба с использованием приведенного модуля Юнга. Однако для точного расчета прогиба бетонного элемента необходимо использовать анализ, который автоматически определяет и изменяет свойства материала с учетом возраста бетона во время нагрузки.

Ползать

Ползучесть — это склонность материала к непрерывной и постоянной деформации в условиях постоянного напряжения, даже в тех случаях, когда напряжение значительно меньше, чем предел текучести материала. Следовательно, ползучесть вызывает увеличение деформации, но без соответствующего изменения напряжения. Деформации ползучести могут быть значительными, поэтому влияние ползучести на долговременную деформацию конструкции также может быть значительным.

В бетонных элементах, таких как балки и плиты, при изгибе результирующее напряженное состояние таково, что в плите четко выражены области сжатия и растяжения, ползучесть приводит к дополнительным деформациям в зоне сжатия элемента, что, в свою очередь, приводит к дополнительным прогибам. структурного элемента.

Поскольку ползучесть связана с повышенной деформацией, но без изменения напряжения с течением времени, это приводит к изменению модуля упругости материала с течением времени, поскольку модуль Юнга (E) определяется выражением:

Таким образом, в бетоне модуль упругости также является свойством материала, зависящим от времени, с уменьшением со временем, связанным с ползучестью материала. Однако бетон также со временем набирает прочность благодаря процессу отверждения, в котором со временем увеличивается модуль упругости. Оба Британский стандарт и Еврокоды использовать эффективный модуль упругости для учета зависящего от времени характера модуля Юнга, используя коэффициент ползучести для изменения краткосрочного модуля упругости. Эффективный модуль определяется выражением:

Основными параметрами, влияющими на ползучесть бетона, являются:

• средняя прочность бетона на сжатие
• возраст при загрузке
• тип цемента
• относительная влажность
• продолжительность загрузки
• площадь поперечного сечения и открытый периметр сечения
• температура
• ограничение стресса

усадка

Усадка бетона изменяет объем бетона, что приводит к дополнительной деформации. Изменение объема происходит в результате потери влаги в процессе отверждения и сушки. Величина усадки при высыхании, возникающая в бетонных конструкциях, зависит от составляющих материалов, из которых состоит бетон, пропорций составляющих материалов, способа отверждения бетона, факторов окружающей среды, таких как влажность и температура, а также степени ограничения конструкции.

При расчете усадки в уравнениях учитываются следующие факторы:

• тип цемента
• водоцементное отношение
• агрегатный тип
• возраст на момент воздействия
• открытая площадь поверхности
• размер и форма члена
• количество и положение подкрепления
• относительная влажность
• вулканизация

Усадка состоит из двух компонентов: усадки при высыхании и автогенной усадки.

Усадка при высыхании

Усадка при высыхании происходит из-за потери воды под действием капиллярных сил. Это приводит к сжимающему напряжению в бетоне, что приводит к усадке или потере объема с течением времени, что приводит к усадке бетона и последующему напряжению. Поскольку миграция воды через затвердевший бетон происходит медленно, усадка при высыхании происходит в течение длительного периода времени и, таким образом, является постепенным, но долгосрочным эффектом. Структурные элементы, которые имеют большую площадь поверхности по сравнению с их объемом, будут подвергаться более значительной потере воды и, следовательно, будут иметь более высокую усадку при последующем высыхании. Там, где элементы конструкции имеют высокую степень жесткости, в результате усадки при высыхании образуется больше трещин.

Усадка при высыхании является основной причиной усадки бетона и происходит на протяжении всего срока службы бетона.

Автогенная усадка

Автогенная усадка происходит в бетоне раннего возраста и является результатом вовлечения поровой воды в процесс гидратации. По мере всасывания воды потребность в большем количестве воды приводит к образованию тонких капилляров в бетонной матрице. Поверхностное натяжение внутри капилляров приводит к сжимающему напряжению в бетоне и, как следствие, к деформации и образованию трещин.

Автогенная усадка имеет тенденцию быть значительной в элементах с малым поперечным сечением и/или низким водоцементным отношением. Поскольку это связано с затвердеванием бетона, большая часть автогенной усадки имеет место в начале срока службы бетона.

Прогнозирование усадки

BS 8110-2 предоставляет метод прогнозирования последствий усадки при высыхании через 6 месяцев с использованием диаграммы, приведенной в Рисунок 7.2, раздел 7. Диапазон применимости этого метода ограничен, поскольку он требует ограниченного диапазона значений, основанных на предполагаемом содержании воды и предполагаемых типах заполнителей. Рисунок 7.2 не поддается автоматизированному расчету в программном обеспечении. Однако аналогичные прогнозы усадки при высыхании можно получить, используя BS 5400-4.

EC2 обеспечивает табличный метод для оценки усадки при высыхании в Таблица 3.2 раздела 3.1.4. Однако метод расчета усадки при высыхании приведен в Приложение Б.2 который в сочетании с Пункт 3.1.4(6) обеспечивает метод оценки деформации из-за высыхания и автогенной усадки.

прогиб

После расчета эффектов ползучести и усадки их влияние на прогиб плиты необходимо включить в расчет прогиба. В рамках анализа КЭ это требует модификации факторов материала для учета ползучести и последующего изменения кривизны сечения из-за усадки, но в рамках анализа также необходимо учитывать и другие факторы. Эти факторы включают предел прочности при растяжении и его изменение во времени, нагрузку в соответствующие интервалы времени и степень растрескивания с течением времени, которые изменяют свойства поперечного сечения и, таким образом, влияют на жесткость конструкции.

Расчет долговременного прогиба и ширины трещины для бетонных плит [ВЕБИНАР]

На предстоящем вебинаре наш ведущий разработчик д-р Мартин О’Гара подробно расскажет обо всех аспектах расчета долговременного прогиба и покажет вам, как его можно рассчитать с помощью MasterSeries.

Блог MasterSeries

Бетонные конструкции испытывают деформации ползучести и усадки, которые со временем увеличиваются. Более того, бетонный материал может растрескиваться, что приводит к снижению жесткости. Все эти факторы будут влиять на поведение прогиба в процессе эксплуатации, но как мы можем учесть это в нашей конструкции?

Обычный метод заключается в том, чтобы учитывать предполагаемые эффекты растрескивания, ползучести и усадки в расчетах долгосрочного прогиба с использованием приведенного модуля Юнга. Однако для точного расчета прогиба бетонных элементов необходимо использовать анализ, который автоматически определяет и изменяет свойства материала с учетом возраста бетона во время нагрузки.

Ползать

Ползучесть — это склонность материала к непрерывной и постоянной деформации в условиях постоянного напряжения, даже в тех случаях, когда напряжение значительно меньше, чем предел текучести материала. Следовательно, ползучесть вызывает увеличение деформации, но без соответствующего изменения напряжения. Деформации ползучести могут быть значительными, поэтому влияние ползучести на долговременную деформацию конструкции также может быть значительным.

В бетонных элементах, таких как балки и плиты, при изгибе результирующее напряженное состояние таково, что в плите четко выражены области сжатия и растяжения, ползучесть приводит к дополнительным деформациям в зоне сжатия элемента, что, в свою очередь, приводит к дополнительным прогибам. структурного элемента.

Поскольку ползучесть связана с повышенной деформацией, но без изменения напряжения с течением времени, это приводит к изменению модуля упругости материала с течением времени, поскольку модуль Юнга (E) определяется выражением:

Таким образом, в бетоне модуль упругости также является свойством материала, зависящим от времени, при этом его уменьшение со временем связано с ползучестью материала. Однако бетон также со временем набирает прочность благодаря процессу отверждения, в котором со временем увеличивается модуль упругости. Оба Британский стандарт и Еврокоды использовать эффективный модуль упругости для учета зависящего от времени характера модуля Юнга, используя коэффициент ползучести для изменения краткосрочного модуля упругости. Эффективный модуль определяется выражением:

Основными параметрами, влияющими на ползучесть бетона, являются:

• средняя прочность бетона на сжатие
• возраст при загрузке
• тип цемента
• относительная влажность
• продолжительность загрузки
• площадь поперечного сечения и открытый периметр сечения
• температура
• ограничение стресса

усадка

Усадка бетона изменяет объем бетона, что приводит к дополнительной деформации. Изменение объема происходит в результате потери влаги в процессе отверждения и сушки. Величина усадки при высыхании, возникающая в бетонных конструкциях, зависит от составляющих материалов, из которых состоит бетон, пропорций составляющих материалов, способа отверждения бетона, факторов окружающей среды, таких как влажность и температура, а также степени ограничения конструкции.

При расчете усадки в уравнениях учитываются следующие факторы:

• тип цемента
• водоцементное отношение
• агрегатный тип
• возраст на момент воздействия
• открытая площадь поверхности
• размер и форма члена
• количество и положение подкрепления
• относительная влажность
• вулканизация

Усадка состоит из двух компонентов: усадки при высыхании и автогенной усадки.

Усадка при высыхании

Усадка при высыхании происходит из-за потери воды под действием капиллярных сил. Это приводит к сжимающему напряжению в бетоне, что приводит к усадке или потере объема с течением времени, что приводит к усадке бетона и последующему напряжению. Поскольку миграция воды через затвердевший бетон происходит медленно, усадка при высыхании происходит в течение длительного периода времени и, таким образом, является постепенным, но долгосрочным эффектом. Структурные элементы, которые имеют большую площадь поверхности по сравнению с их объемом, будут подвергаться более значительной потере воды и, следовательно, будут иметь более высокую усадку при последующем высыхании. Там, где элементы конструкции имеют высокую степень жесткости, в результате усадки при высыхании образуется больше трещин.

Усадка при высыхании является основной причиной усадки бетона и происходит на протяжении всего срока службы бетона.

Автогенная усадка

Автогенная усадка происходит в бетоне раннего возраста и является результатом вовлечения поровой воды в процесс гидратации. По мере всасывания воды потребность в большем количестве воды приводит к образованию тонких капилляров в бетонной матрице. Поверхностное натяжение внутри капилляров приводит к сжимающему напряжению в бетоне и, как следствие, к деформации и образованию трещин.
Автогенная усадка, как правило, значительна для элементов с малым поперечным сечением и/или низким водоцементным отношением. Поскольку это связано с затвердеванием бетона, большая часть автогенной усадки имеет место в начале срока службы бетона.

Прогнозирование усадки

BS 8110-2 предоставляет метод прогнозирования последствий усадки при высыхании через 6 месяцев с использованием диаграммы, приведенной в Рисунок 7.2, раздел 7. Диапазон применимости этого метода ограничен, поскольку он требует ограниченного диапазона значений, основанных на предполагаемом содержании воды и предполагаемых типах заполнителей. Рисунок 7.2 не поддается автоматизированному расчету в программном обеспечении. Однако аналогичные прогнозы усадки при высыхании можно получить, используя BS 5400-4.
EC2 обеспечивает табличный метод для оценки усадки при высыхании в Таблица 3.2 раздела 3.1.4. Однако метод расчета усадки при высыхании приведен в Приложение Б.2 который в сочетании с Пункт 3.1.4(6) обеспечивает метод оценки деформации из-за высыхания и автогенной усадки.

прогиб

После расчета эффектов ползучести и усадки их влияние на прогиб плиты необходимо включить в расчет прогиба. В рамках анализа КЭ это требует модификации факторов материала для учета ползучести и последующего изменения кривизны сечения из-за усадки, но в рамках анализа также необходимо учитывать и другие факторы. Эти факторы включают предел прочности при растяжении и его изменение во времени, нагрузку в соответствующие интервалы времени и степень растрескивания с течением времени, которые изменяют свойства поперечного сечения и, таким образом, влияют на жесткость конструкции.

Расчет долговременного прогиба и ширины трещины для бетонных плит [ВЕБИНАР]

На предстоящем вебинаре наш ведущий разработчик д-р Мартин О’Гара подробно расскажет обо всех аспектах расчета долговременного прогиба и покажет вам, как его можно рассчитать с помощью MasterSeries.